人教版高中物理专项复习：传感器（解析版）

传感器原卷版

目录

一、传感器.............................................................................................1

【传感器知识点梳理】

一、传感器

1.传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一

定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通

断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制

二、传感器的种类

1.物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器（利用物质的物理特性或物理效应）

2.化学传感器：离子传感器、气体传感器（利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为

电信号）

3.生物传感器：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器（利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学性质）

三、传感器的组成

1.组成：基本部分一般由敏感元件、转换元件组成

（1）敏感元件（检测）：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分

（2）转换元件（转换）：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分

四、光敏电阻

1.光敏电阻是光电传感器中常见的光敏元件

2.光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能

差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

五、金属热电阻和热敏电阻

1.金属热电阻和热敏电阻就是传感器中常见的感知温度的敏感元件

2.热电阻：用金属丝可以制作温度传感器

3.热敏电阻：用半导体材料制作热敏电阻

六、电阻应变片

1.电阻应变片：是一种使用非常广泛的力敏元件

2.金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的

变化而发生变化的现象。

3.原理：工作原理基于半导体材料的压阻效应（当单晶体导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变

化的现象称为压阻效应）

【传感器举一反三练习】

1.如图所示为某个恒温箱控温电路的一部分。其中水银温度计内的水银为导电材料，下面金属丝3与水银接触，

上方金属丝/则可以根据需要上下调整。控制部分的核心则是一个电磁继电器，其在通电后会吸引金属片从而使得

加热电路（图中未画出）导通或断开。为了实现控温效果，加热电路应接在一端；为提升恒温箱的温度，应将金属

丝（）

A.AB；上升B.AB；下降C.CD；上升D.CD；下降

【答案】A【详解】通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝所指示的温度时，此时电磁继电器无磁性，

衔铁与相连，电热丝被连接在电路中，使恒温箱内温度升高。为提高恒温箱温度，即加热丝加热使水银温度计

内水银上升高度变高后才断开，因此应将金属丝上升。故选A。

2.如图所示，厚度为访、宽为d的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为3的匀强磁场中，当电流通过金属导体

板时，在金属导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，电势差U、电

流/和8的关系为。式中的比例系数上称为霍尔系数。下列说法正确的是（）

A.达到稳定的状态时，金属导体板上侧面A的电势一定高于下侧面A’的电势

B.达到稳定的状态时，金属导体板上侧面A的电势一定低于下侧面A’的电势

C.增大导体的厚度〃时，04'之间的电势差。将变大

D.增大磁感应强度3时，44,之间的电势差。将变小

【答案】B【详解】AB.金属导体板上的电流是带负电的电子定向移动形成的，当电流如图所示时，根据左手定则,

电子受到的洛伦兹力方向向上，所以上极板聚集负电荷，则达到稳定的状态时，金属导体板上侧面A的电势一定低

于下侧面A'的电势。A错误，B正确；C.根据。="型可知，44,之间的电势差。与导体的厚度无关。C错误；D.根

d

据。=%且可知，增大磁感应强度3时，44,之间的电势差。增大。D错误。故选B。

d

3.地磅工作原理图如图所示，地磅空载时变阻器滑片P位于/点，满载时滑片P位于3点，弹簧始终处于弹性限

A.电压表两端电压与被测汽车的质量成反比

B.电池长时间使用后，称量值会偏小

C.若称量值偏小，可在凡上串联一个电阻进行校正

D.若将一个电阻与电压表串联，可增大地磅量程

【答案】B【详解】A.设变阻器的总电阻为R,总长度为L根据闭合电路欧姆定律得：E=ICR+R0+r）设/产

ER

之间的距离为x,由欧姆定律得U=IR=————-x汽车平衡时，由平衡条件得mg=2kx联立解得

XR+R0+rL

U=—•J•等从公式可以看出：电压表两端电压U与被测汽车的质量机成正比，故A错误；B.电池长时

间使用后，内阻会变大，导致电流减小，/P上的电压减小，所以称量值会偏小，故B正确。C.若称量值偏小，可

以通过在心上并联一个电阻，回路中总电阻变小，总电流增大，可变电阻上的电压增大，使称量值不变，故C错

误；D.若将一个电阻与电压表串联，/尸之间的最大电压不受此电阻的影响，没有办法增大地磅量程，故D错误。

故选Bo

4.关于下列四幅图中的仪器所涉及的物理学原理说法中正确的是（）

A.图甲装置霍尔元件左右移动时，能产生霍尔电压的原理是电磁感应

B.图乙中物体向左移，则电容器的电容变小

C.图丙，火灾报警器利用了烟雾颗粒对光的散射

D.图丁，红外线体温计利用了物体温度越高，辐射波长越长的特点

【答案】C【详解】A.霍尔元件左右移动时，能产生霍尔电压的原理是带电粒子在磁场中受洛伦兹力发生偏转，

故A错误；B.物体向左移，插入电容器的电介质增加，电容器的电容变大，故B错误；C.火灾报警器利用了烟

雾颗粒对光的散射，故C正确；D.红外线体温计利用了物体温度越高，辐射的红外线越强的原理，故D错误。故

选C。

5.下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（）

A.|光敏电阻

NS

B.(干簧管

0——1|——

【答案】C【详解】A.光敏电阻是将光强转化为电学量，故A错误；B.干簧管是将磁学量转化为电学量，故B

错误；C.电阻应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量，故C

正确；D.霍尔元件是将磁学量转化为电学量，故D错误。故选C。

6.关于下列四种传感器的说法中正确的是（）

A.酒精乞体传感器主要由感应器、压力传感器、电阻、电容等组成的

B.监测水中悬浮颗粒污染程度的监测器是利用热敏电阻和压力传感器制造而成的

C.自动门上的传感器，能探测到较远距离的人体发出的微弱红光

D.测量血压的压力传感器是把压力信号转化为光信号的一种装置

【答案】A【详解】A.酒精气体传感器主要由感应器、压力传感器、电阻、电容等组成的，故A正确；B.监测水

中悬浮颗粒污染程度的监测器是利用光敏电阻制造而成的，故B错误；C.自动门上的传感器是一种红外线传感器,

能探测到较远距离的人体发出的微弱红外线，故C错误；D.测量血压的压力传感器是把压力信号转化为电信号的

一种装置，故D错误。故选A。

7.如图，是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2部分插在线圈3

中，并且可以随着物体1在线圈中左右平移。要能够准确反映出物体1的左右位置变化，那么应该在6间连接

的是（）

A.在0、6间串接干电池和灵敏电流计

B.在a、6间接灵敏电流计

C.在q、6间串接交流电源和灵敏电流计

D.在0、6间电压表

【答案】C【详解】根据题意可知，软铁芯2随着物体1向左平移，可以使线圈3的自感系数增大，同理软铁芯2

随着物体I向右平移，可以使线圈3的自感系数减小，这一变化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到了被测

物体位移的变化，则应将线圈3与灵敏电流计串联后与交流电源相连，线圈自感系数的变化将使它对交变电流的感

抗发生变化，从而引起电路中电流的变化，再由灵敏电流计显现出来。故选C。

8.（多选）如图所示，载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中，表面与磁场方向垂直，图中的1、2、3、4是霍

尔元件上的四个接线端。当开关岳、邑闭合后，三个电表都有明显示数，下列说法正确的是（）

A.通过霍尔元件的磁场方向向下

B.接线端2的电势低于接线端4的电势

C.同时将电源耳，鸟反向，电压表的示数将相反

D.若适当减小《、增大此，则电压表示数一定增大

【答案】AB【详解】A.由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上，经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向

下，故A正确；B.通过霍尔元件的磁场方向向下，由左手定则可知，霍尔元件中导电物质受到的磁场力向右，

导电物质偏向接线端2,导电物质为电子，则接线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确；C.仅将电源©、

民反向接入电路，磁场反向，电流反向，霍尔元件中导电物质受到的磁场力不变，电压表的示数不变，故C错误；

D.若适当减小小，电流产生的磁场增强，通过霍尔元件的磁场增强；增大凡,流过霍尔元件的电流减弱；霍尔元

件产生电压。=左岸可能减小，电压表示数可能减小，故D错误。故选AB。

d

9.（多选）如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流/,C、

D两侧面间会产生电势差，下列说法中正确的是（）

A.电势差的大小仅与磁感应强度有关

B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势＜pc＞（PD

C.仅增大电流/时，电势差变大

D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平

【答案】BC【详解】AC.根据CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，

TT

设霍尔元件的长宽高分别为。、b、c,有q丁=qvB又/=nqvS=nqvbc可得UCD=〃由材料决定，故U不仅与材料

有关还与厚度c成反比，同时还与磁场3与电流/有关，A错误、C正确。B.根据左手定则，电子向。侧面偏转,

D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，则um＞o即有正确。D.在测定地球赤道上方的地

磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。故选BC。

10.（多选）应用物理原理制成的仪器设备可用于我们生活中的很多方面。图甲是夜晚用红外触发相机拍摄到的野

外东北豹的照片，图乙是雷达天线，图丙为生产线上使用的自动计数器，图丁为霍尔元件，下列说法中正确的是

（）

甲

A.红外触发相机是利用红外线的热效应进行成像

B.雷达可用于测定物体位置，是利用长波波长较长、衍射现象明显的特点

C.自动计数器中的光敏电阻可以将光学量转化为电学量

D.霍尔元件可以把电学量转化为磁学量

【答案】AC【详解】A.红外线能使被照射的物体发热，具有热效应，红外触发相机就是利用红外线的热效应，故

A正确；B.雷达是利用测微波来测定物体位置的无线电设备，是利用微波波长较短、衍射现象不明显的特点，故

B错误；C.光敏电阻随着光照强弱不同，电阻不同，可以通过遮光情况对流水线上的产品计数，将光照强弱这个

光学量转化为电阻这个电学量，故C正确；D.霍尔元件可以把磁学量转化为电学量，故D错误。故选AC。

11.（多选）电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备等方面应用广泛，其工作原理简化为如图所示的示意

图。质量块左侧连接轻质弹簧，右侧连接电介质。弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质移动以改变电

容器的电容，则下列说法正确的是（）

A.电介质插入极板间越深，电容器的电容越大

B.若传感器以恒定加速度向左运动，则电路中有由。向6的电流

C.若传感器以恒定加速度向右运动，则电路中有由。向6的电流

D.若传感器运动时向右的加速度逐渐增大，则电路中有由a向b的电流

【答案】AD【详解】A.电介质插入极板间越深，根据电容的决定式C=B可知此时介电常数£越大，故电容

器的电容越大，故A正确；BC.若传感器以恒定加速度向左运动或者向右运动，可知此时弹簧长度保持不变，电

容器中电介质的长度不变，电容器电容不变，带电量不变，故电路中无电流，故BC错误；D.若传感器运动时向

右的加速度逐渐增大，此时弹簧长度逐渐变短，电容器中电介质的长度变短，故电容器的电容越来越小，电容器两

端的电压不变等于电源电动势，根据。可知电容器的带电量在减小，电容器在放电，电路中有由。向6的电

流，故D正确。故选AD。

12.小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，

当环境温度正常时，继电器与上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器与下触点接

触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压-=3V,继电器线圈用漆包线绕成，其电阻凡为30。。当线

圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。

（1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将,继电器的磁性将（均选填“增大”、

“减小”或“不变”）。

（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱相连。（均选填“A”或“8”）。

（3）请计算说明，环境温度在大于℃时，警铃报警。

【答案】减小增大B80℃【详解】（1）分析图乙图像发现：温度升高时，热敏电阻阻值

减小。根据欧姆定律，热敏电阻阻值减小，电路中电流就会增大，电磁铁的磁性就会增大。（2）［3］因当环境温度超

过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响，所以警铃的接线柱C应与接线柱B连，指示灯的接线柱

D应与接线柱A相连。（3）［4］当线圈中的电流/=50mA=0.05A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃报警控制电路的总

U3

电阻尺总=7=痂。=60。热敏电阻R=R总-凡=60Q-30。=30。由图乙可知，此时仁80℃所以当温度t>80℃

时，警铃报警。

13.“饮酒不开车”是司机必须遵守的交通法规。图甲是呼气式酒精检测仪的简化电路原理图。图中电源电动势。

E=12V,内阻不计，电压表量程为0〜15V且内阻很大，电阻箱4的阻值范围为0〜999Q,4为酒精气体传感器，

其阻值随气体中酒精浓度的变化规律如图乙所示。规定气体中酒精浓度在：20mg/100mL~80mg/100mL,之间为

酒驾，等于或超过80mg/100mL,为醉驾。测试仪使用前应先调零，即当气体中酒精浓度为0时，调节电阻箱4，

使电压表的示数3=8V,调零后4的值保持不变。

R/Q

乙

（1）调零后4接入电路中的阻值为Qo（保留三位有效数字）

（2）当电压表示数U2=10V时，R2消耗的电功率为Wo（保留两位有效数字）

（3）在某次检测中，电压表示数U3=9.5V,经分析该司机属于。（填“正常”“酒驾”或“醉驾”）

（4）若电池使用时间较长，有明显的内阻，则测出酒精的浓度将（填“偏大”“偏小”或“不变”）

【答案】2000.10酒驾偏小【详解】（1）［1］根据图乙知调零后凡为10。。，根据闭合电路欧

E—U12-8TJ«

姆定律，推得/=F」=：kA=0Q4A4接入电路中的阻值为与=?=。=200。（2）［2］当电压表示数

A21UUI0.04

U2=10V时，此两端电压为2V,回路中的电流为4=今=黑A=0.05A故凡消耗的电功率为

人］ZUU

^=0.05Ax2V=0.10W（3）［3］在某次检测中，电压表示数S=9.5V,此两端电压为2.5V,回路中的电流为

A=^=-A=0.0475AR2此时在电路中的阻值为R2=温\=52.6。对照图乙查询知气体中酒精浓度在

20mg/100mL~80mg/100mL之间，故司机属于酒驾。⑷［4］若电池使用时间较长，有明显的内阻，则测出的此偏

大，则测出的酒精的浓度将偏小。

14.利用二氧化锡半导体型酒精传感器组装一个酒精测试仪，已知该传感器电阻随酒精浓度变化规律如图甲所示。

国际公认酒驾标准为“0.2mg/mL4酒精浓度<0.8mg/mL"，醉驾标准为“酒精浓度20.8mg/mL"。现有器材:

A.二氧化锡半导体型传感器&

B.直流电源（电动势为4V,内阻不计）

C.电压表V（量程为3V,内阻非常大，作为浓度表使用）

D.电阻箱R（最大阻值为999.9。）

E.定值电阻用（阻值为50。）

F.定值电阻尺2（阻值为10C）

（1）图乙是酒精测试仪电路图，电路中K应选用定值电阻（选填4或凡）；

（2）按照下列步骤调节此测试仪：

①电路接通前，先将电阻箱调为40.0。，然后开关向（选填%”或“广）端闭合，将电压表此时指针对应的电

压刻度标记为mg/mL；

②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大，按照甲图数据将电压表上电压刻度线都标记为对应的“酒精浓

度”；

③将开关向另一端闭合，酒精测试仪即可正常使用。

（3）将可正常使用的酒精测试仪靠近酒精瓶口，电压表如图丙，则定值电阻两端电压。=V,此时流过传感

器尺的电流4=A（结果保留3位有效数字）。

【答案】&c0,11.200.120【详解】（1）[1]对乙图根据闭合电路欧姆定律可得电压表读

E

数为U=3—n'R电压表量程为3V，有u43V根据甲图可知10Cw段v70Q代入数值解得Ro<30Q所以选择"。

Kx+K

（2）[2][3]本实验中利用变阻箱阻值和传感器电阻值进行等效替换，所以将电阻箱调为40.0。后，需将电阻箱接入

电路，即开关向c端闭合；根据甲图可知当4=40。时对应的酒精浓度为0.1mg/mL。（3）[4][5]最小分度值为

0.1V,所以定值电阻两端电压。=1.20V流过传感器4的电流4=*=O.12OA

15.温控箱内部结构如图所示，它是由热敏电阻尺、滑动变阻器R、电磁继电器、电源E